Скачать книгу из которой взят данный материал

2.4. ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ

Точность размеров и шероховатость поверхности отливки, изготовляемой литьем под давлением, необходимо рассматривать, во-первых, в точки зрения требований, гарантирующих нормальную работу механизмов пресс-формы, во-вторых, с точки зрения технологических возможностей достижения минимальных колебаний размеров отливок. Точность размеров реальной отливки оценивается их соответствием номинальным размерам, указанным на чертеже, а шероховатость поверхности — техническим требованиям на деталь. Количественным критерием точности должна служить наибольшая величина отклонений действительных размеров отливки от размеров, заданных конструктором, а шероховатость поверхности должна соответствовать утвержденному эталону. Литературные данные довольно противоречивы из-за различия методик построения системы допусков. Это приводит к тому, что рекомендуемые в работах И. И. Горюнова, С. Д, Казенова, Н. Н. Белоусова допуски на один и тот же размер отливки имеют расхождения на один-два порядка, в связи с чем во многих случаях при назначении допусков приходится учитывать производственный опыт.

В тех случаях, когда отливку требуемой точности невозможно получить литьем под давлением или же ее производство экономически неоправдано из-за удорожания стоимости пресс-формы, назначают припуск на механическую обработку, который колеблется от 0,3 до 0,8 мм. В особых случаях допускается припуск до 1,2 мм. Иногда, чтобы получить отливку требуемой точности без механической обработки, увеличивают затраты на изготовление пресс-формы. Деталь пресс-формы, оформляющую этот размер, делают в виде быстросменной вставки, что позволяет после испытания пресс-формы и измерения пробных отливок заменить ее или довести размер.

Технически обоснованные допуски на размеры отливок можно установить определением и анализом полных полей рассеяния размеров в зависимости от совокупности факторов, вызывающих это рассеяние. При литье под давлением к таким факторам относятся точность изготовления оформляющей полости пресс-формы, износ поверхностей оформляющей полости, колебания усадки сплава, точность перемещения и сопряжения подвижных частей пресс-формы, деформация отливки при ее извлечении, изменение размеров при хранении; ошибки измерения при контроле размеров отливки и оформляющей полости пресс-формы. Совокупность всех этих факторов определяет величину полного поля рассеяния размеров отливки.

В каждом конкретном случае необходимо проводить анализ, в какой степени те или иные случайные и систематические погрешности влияют на величину рассеяния размеров отливки.

Рнс. 2.22. Исполнительные размеры оформляющих деталей пресс-формы с учетом и® нх доводки и износа

Погрешность изготовления пресс-формы обусловливает отклонение действительных размеров отливки от их номинальных значений, заданных чертежом. Следовательно, отклонение любого действительного размера оформляющей полости пресс-формы от его номинального значения является систематической погрешностью для размера отливки.

На точность и шероховатость поверхности отливки также влияет износ поверхности оформляющей полости пресс-формы. В результате соприкосновения с заливаемым сплавом на поверхности оформляющей полости пресс-формы после нескольких тысяч запрессовок возникают трещины, сетка разгара, выкрашивание металла и другие дефекты. При зачистке дефектов поверхности пресс-формы изменяются размеры оформляющей полости 1 (рис. 2.22) и, следовательно, размеры отливок. С этой целью внешние (охватываемые) размеры Ь_ф1 полости делают меньше номинальных, а внутренние (охватывающие) /.ф₂ — больше номинальных. После каждой зачистки размер пресс-формы изменяется на 0,05—0,1 мм. После четырех-пяти зачисток пресс-форму приходится списывать, так как она не удовлетворяет требованиям по точности размеров отливки.

Пресс-формы изнашиваются в результате температурных колебаний в поверхностном слое оформляющей полости, гидродинамического действия потока и химического взаимодействия между материалом вкладышей и заливаемым сплавом. Износ пресс-формы зависит также от конструкции отливки и ее расположения в подвижной и неподвижной полуформах. На износ пресс-форм влияют условия их ремонта и хранения. Эти факторы сказываются и на.сроке службы пресс-формы. Чем больше факторов действуют одновременно, тем быстрее изнашивается пресс-форма. Величина износа, влияющая на погрешность размеров отливок, прямо пропорциональна числу отливок, полученных в данной пресс-форме, и меньше всего зависит от рассматриваемого номинального размера отливки.

Колебания величин усадки заливаемого сплава могут вызывать наибольшее рассеяние размеров отливок. Колебания усадки зависят от совокупности таких факторов, как стабильность технологического процесса, тип сплава, постоянство рабочей температуры преес-форме, температура заливаемого еплава и отливки в момент ее удаления, постоянство теплового расширения мате-

л

“)

Л’

Рнс. 2.23. Размеры отливов и пресс-форм при различных температурах:

I — стержень пресс-формы прн 20 °С; II и 1Г — отливки при 20 °С; III — стержень пресс-формы прн рабочей температуре; /' н НУ — гнезда пресс-форм прн 20 °С н рабочей температуре

риала пресс-формы и отливок, толщина стенок отливки, место подвода питателей и пр. Влияние всех этих факторов на размеры отливки зависит от характера усадки, при затрудненной усадке колебания размеров более значительны, чем при свободной.

Рассеяние размеров отливок при литье под давлением, вызванное колебаниями усадки, носит случайный характер, так как оно зависит от многих технологических и конструктивных факторов. Определить величину усадки отливок, получаемых литьем под давлением, можно только на специальных образцах. Линейную усадку можно определить по формуле х_л = а (/_у — 20 °С), где а — коэффициент линейного (теплового) расширения сплава;

— температура начала усадки.

Различают действительную и расчетную линейную усадку. Действительной усадкой называют разность размеров отливки при температуре начала усадки и при 20 °С. Допускается, что размеры отливок в начале усадки равны размерам оформляющей полости пресс-формы при рабочей температуре, под которой подразумевается средняя приведенная температура, условно одинаковая и постоянная во всех точках пресс-формы. Действительную усадку МОЖНО ОПредеЛИТЬ ПО формуле Хд = х_св. _у — (1_М + + /_т), где х_св. у — величина свободной усадки; ^ и /_т — остаточная деформация отливки, вызванная соответственно механическим и термическим торможением.

Значение /_м определяется механическим сопротивлением пресс-формы и стержней; оно зависит главным образом от конфигурации отливки. Термическая остаточная деформация /_т возникает из-за различия скорости охлаждения отдельных частей отливки и

коэффициенты

Сплав	Толщина стенкн, мм
	До 3	Более 3
Цинковый	0,4/0,5	0,5/0,6
Алюминие	0,5/0,6	0,6/0,7
вый
Магниевый	0,6/0,7	0,7/0,8
Латунь	0,6/0,7	0,7/0,9

Примечание. В числителе — значения для затрудненной усадки, в знаменателе — для свободной.

их взаимного торможения усадки.

Чем меньше разностенность отлив- -

ки, тем меньше /_т. Усадка металла

компенсируется увеличением размеров оформляющей полости пресс-формы относительно размеров отливки. Разность между исполнительным размером полости и соответствующим номинальным размером отливки называется расчетной усадкой х_р. Необходимость введения этого термина вызвана тем, что размеры пресс-формы контролируют в процессе изготовления, когда она имеет температуру, близкую к 20 °С, в то время как охлаждение отливки и ее действительная усадка происходят в пресс-форме, нагретой до определенной рабочей температуры. Таким образом, чтобы получить исполнительный размер оформляющей полости при 20 °С, необходимо к номинальному размеру Т_отл отливки прибавить величину расчетной усадки: Тф — ^-отл ~Ь -^р*

На рис. 2.23 показано соотношение между действительной и расчетной усадкой для охватывающих (рис. 2.23, а) и охватываемых (рис. 2.23, б) размеров отливки при 20 °С и рабочей температуре пресс-формы. Размер пресс-формы при рабочей температуре обозначением индексом Ь_ф.

Отношение расчетной усадки х_р к номинальному размеру отливки Т_отл называют расчетным коэффициентом усадки /С_р, или относительной расчетной усадкой!

100%.

Коэффициент усадки зависит от типа заливаемого сплава и характера усадки (затрудненная, свободная). Для практических целей можно рекомендовать средние значения расчетных коэффициентов усадки (табл. 2.14).

Точность того или иного размера отливки также зависит от ее расположения в пресс-форме. Наибольшую точность размеров можно получить, когда поверхности отливки выполняются в одной части пресс-формы (рис. 2.24, а). Если поверхности отливки оформляются подвижными боковыми стержнями (рис. 2.24, б) или в подвижной и неподвижной полуформах (рис. 2.24, в, г), то точность размеров снижается.

Колебания размеров отливок, поверхности которых оформляются в подвижных частях пресс-формы, вызваны кратковременным раскрытием полуформы в процессе запрессовки сплава и образованием облоя вокруг отливки по плоскости разъема. Толщина облоя зависит от многих технологических факторов и стабильности работы машины литья под давлением и не зависит от номинального размера отливки. Поэтому колебания толщины облоя носят случайный характер. Эти колебания определяют разброс размеров, оформляемых в подвижной и неподвижной полус[юрмах.

На размер облоя очень сильно влияет гидравлический удар в конце заполнения пресс-формы. Для снижения этого влияния современные машины оснащают быстродействующими мультипликаторами или другими механизмами, сокращающими время повышения давления подпрессовки. На размер облоя влияют также точность обработки деталей запирающего механизма, жесткость его конструкции, взаимное расположение и точность изготовления пазов для крепления пресс-форм, плоскостность и параллельность рабочих поверхностей крепежных плит, перпендикулярность направляющих колонн к рабочим поверхностям плит. В механизмах, служащих для перемещения подвижной плиты, должны быть зазоры, не допускающие заклинивания при повышении температуры пресс-формы во время работы.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ Т ЕХ НОЛ ОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

3.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ПРЕССУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ МАШИН

Оптимизация процесса изготовления отливок, когда время их затвердевания становится соизмеримым с продолжительностью заполнения полости формы расплавом (т_зат » <с_зал), требует знания закономерностей движения металлического потока в узких каналах формы с учетом развития в его сечении не только поля скоростей, но и температурного поля, обусловливающего характер затвердевания потока расплава. От правильного понимания механизмов движения и остановки потока жидких металла и сплавов в каналах заполняемой полости зависит выбор направлений и методов воздействия на эти процессы в целях дальнейшего повышения качества и достижения требуемых свойств изготовляемых отливок. Теоретические и технологические основы гидродинамических и тепловых условий формирования отливок при литье под давлением изложены в работе А. К. Белопухова [б]. Роль давления в управлении всем комплексом литейных процессов, формирование структуры и свойств готовых отливок рассмотрена в монографии Г. П. Борисова [15].

Взаимосвязь режимов заполнения и подпрессовки отливки обеспечивается работой прессово-подпрессовочного и запирающего механизмов машины литья под давлением, механизмов выталкивания и удаления стержней. Выбор типа машины и расчет ее силовых параметров проводят после установления технологически необходимой продолжительности заполнения, диапазона скоростей прессования, вместимости камеры прессования, давления и других факторов, создающих оптимальные тепловые и гидродинамические условия формирования отливки в процессе заполнения и подпрессовки.

Качество отливок легче обеспечивать при использовании машин с горизонтальной камерой прессования, обеспечивающих наименьшие потери теплоты и давления в литниковых каналах. Производительность машин с горизонтальной камерой выше производительности машин с вертикальной камерой вследствие отсутствия операции отрезки литника от пресс-остатка.

Главным механизмом машины литья под давлением является узел прессования, определяющий технологические параметра заполнения и подпрессовки. Анализ различных конструкций прее-

Ряс. 3.1. Механизм прессования фирмы Л (1га (Италия)

сующего узла приведен в работах А. К. Белопухова, Б. Ф. Ного-вицина, А. А. Крейцера и др.

Большая часть отечественных и зарубежных машин снабжена механизмами прессования, в которых для перемещения пресс-поршня и поршня мультипликатора используется один и тот же аккумулятор. Одним из примеров такого механизма служит механизм прессования новых машин итальянской фирмы Л (1га [30]. При его конструировании фирма преследовала цель максимально облегчить подвижные части поршней для достижения высокой скорости прессования и минимального времени подпресеовки. Для этого механизм был спроектирован с очень короткими трубопроводами для подачи рабочей жидкости, а некоторые его части были изготовлены полыми. Поршень мультипликатора был сделан из алюминиевого сплава.

Механизм состоит из цилиндра прессования 3, пресс-поршня 4, мультипликатора 10, поршня 11, аккумулятора 7, обратного клапана 9, путевых переключателей 2 я 1, клапана второй фазы 6, клапана 8, аккумулятора мультипликатора 5 и стержня 12 (рис. 3.1). Мультипликатор крепится вертикально к цилиндру прессования, а поршневой аккумулятор 7 установлен непосредственно на цилиндре 3. От него осуществляются вторая и третья фазы прессования, а первая фаза осуществляется путем подачи жидкости насосом (стрелка А). Ручным регулятором клапана 6 настраивается скорость прессования, а регулятором клапана 8 —

Рнс. 3.2. Осциллограмма параметров работы механизма прессования машины мод. ОЬ-бООБТ:

5 — путь пресс-поршня; р — давление в поршневой половив цилиндра прессования

о 0,08 о,1б о,гч т,с

время подпрессовки. Стержень 12 позволяет контролировать ход поршня мультипликатора и момент начала его движения.

На рис. 3.2 приведена осциллограмма параметров работы механизма машины с усилием запирания формы 5000 кН. Обработка этой осциллограммы показала, что отливка была получена при скорости пресс-поршня 0,3 м/с на первой фазе и 3,9 м/с на второй. Время подпрессовки для достижения давления 35 МПа составил 0,009 с. Пики давления в конце переходного процесса незначительны.

Механизм прессования с включением мультипликатора в зависимости от пути пресс-поршня спроектирован и изготовлен на ПО «Сиблитмаш» (рис. 3.3). Он состоит из цилиндра прессования 1, внутри которого перемещается пресс-поршень 2. Горизонтально на одной оси с этим цилиндром крепится, мультипликатор 3 с поршнем 10. Рядом с цилиндром прессования 1, закрепленном в специальной стойке, установлен поршневой аккумулятор 11, от которого осуществляются вторая и третья фазы прессования. Перед началом процесса прессования переключается гидрораспределитель 14, и рабочая жидкость из насосно-аккумуляторной станции через обратный клапан 15 сливается в бак машины, размещенный внутри станины. При этом пресс-поршень перемещается с относительно небольшой (0,2—0,3 м/с) скоростью (первая фаза прессования). Пройдя заливочное окно камеры прессования, пресс-поршень 2 дает команду на переключение золотника 13, который открывает клапан второй фазы 12. Жидкость из аккумулятора 11 попадает в поршневую полость цилиндра прессования, перемещая пресе-поршень со скоростью до 6 м/с (вторая фаза прессования). Ручным регулятором обратного клапана 16 настраивают скорость прессования.

Перед окончанием занолнения формы металлом но команде от путевого переключателя, которую дает пресс-поршень 2, срабатывает золотник 9. Это позволяет жидкости слиться из полости В оригинального клапана 4. Открытие клапана вызывает движение поршня 10 мультипликатора 3, который во время движения вытес-

Рнс. 3.3. Механизм прессования с управлением мультипликатора по пути пресс-поршня

няет жидкость из цггоковой полости мультипликатора в полость А аккумулятора 5, поднимая поршень 6. Затем закрывается обратный клапан 16 и движущийся поршень мультипликатора своим штоком сжимает замкнутый объем жидкости в поршневой полости цилиндра прессования /, создавая в ней давление выше рабочего давления гидросистемы (третья фаза прессования).

После затвердевания отливки подается команда на отключение золотника 9 (возврат в исходное положение) и закрытие клапана 4, благодаря чему исключается возможность дальнейшего перемещения поршня мультипликатора. Далее подается команда на раскрытие пресс-формы и отливка выталкивается пресс-поршнем 2. Выталкивание происходит с усилием в 2—3 раза меньшим, чем

5,ММ р, МПа    полное    усилие    прессова

ния, так как поршень мультипликатора неподвижен. Этим самым исключается возможность деформирования пресс-остатка и выбрызг расплавленного металла из его незакристаллизовавше й с я сердцевины. После удаления отливки механизм возвращается в исходное положение.

Для регулирования параметров работы механизма, к которым относятся скорость прессования, время подпрессовки и давление в поршневой полости цилиндра прессования, служат регулируемый обратный клапан 7, оригинальный клапан 4, реле времени 8 и аккумулятор 5 мультипликатора. На рис. 3.4 приведена осциллограмма параметров работы механизма    прессования машины    мод.    71111 с усилием запирания

пресс-формы    8000    кН. При    максимальной скорости прессования

6 м/с и давления мультипликации 23,5 МПа время подпрессовки составляет 0,02 с.

Для расширения технологических возможностей время подпрессовки механизма регулируется в определенном диапазоне. Особенно это важно при изготовлении толстостенных отливок, для которых не требуется минимального времени. Изменение времени подпрессовки в механизме, показанном на рис. 3.3, осуществляется клапаном 4 или реле времени 8. Регулируя величину открытия клапана 4, можно обеспечить плавное нарастание давления в поршневой полости цилиндра прессования.

Механизмы прессования с включением мультипликатора по пути пресс-поршня обладают тем недостатком, что из-за ошибки в дозе заливаемого сплава изменяется длина пресс-остатка. В связи с этим происходит задержка или опережение момента включения поршня мультипликатора.

Механизм прессования фирмы Иа^геээе (Италия) представлен на рис. 3.5. Механизм имеет цилиндр прессования 1, пресс-поршень 2, мультипликатор 10, поршень 9 мультипликатора, аккумулятор 4 мультипликатора, поршневой аккумулятор 7, газовый баллон 6, клапан второй фазы 5, обратный клапан 8, клапан 3. Все фазы работы механизма осуществляются от аккумулятора 7. В рассматриваемом механизме жидкость из штоковой полости мультипликатора вытесняется на слив через клапан 3. Это гарантирует постоянство давления в аккумуляторе 4. Для изменения времени подпрессовки служит ручной регулятор клапана 3.

На рис. 3.6 приведена осциллограмма давления в поршневой полости цилиндра 1. Время подпрессовки на основании этой осциллограммы составляет 0,015 с. Аналогичный механизм прессования используется на машинах литья под давлением фирмы «Триульцы» (Италия).

Фирмы Bühler (Швейцария) и Toshiba (Япония) для изменения давления в поршневой полости цилиндра прессования вместо аккумулятора мультипликатора применяют редукционный клапан. Время подпрессовки для таких механизмов больше, чем для механизмов с аккумулятором мультипликатора. Для доказательства этого утверждения фирмой Jdra (Италия) на машине мод. OL/V-400S с усилием запирания форм 4000 кН были проведены испытания механизмов с аккумулятором мультипликатора и редукционным клапаном. Эти испытания показали, что время подпрессовки при скорости прессования 4,5 м/с для механизма с редукционным клапаном составляет 0,06 с, а для второго механизма — 0,015 с, т. е. в 4 раза меньше.

Аналогичные испытания механизмов были проведены на машине мод. 71111 [58]. Они подтвердили исследования фирмы Jdra. Время подпрессовки для механизма с редукционным клапаном было 0,1 с, а для механизма с аккумулятором мультипликатора 0,02—0,03 с.

На некоторых отечественных машинах используется механизм прессования с одним аккумулятором и включением мультипликатора по давлению (рис. 3.7). Механизм состоит из цилиндра 1 и пресс-поршня 2. Горизонтально на одной оси в этим цилиндром крепится мультипликатор 3 с поршнем 10. Рядом с цилиндром прессования установлен поршневой аккумулятор 11.

После заливки металла в камеру прессования переключаются гидрораспределитель 14 и золотник 8. Жидкость через обратный клапан 16 подается в поршневую полость цилиндра прессования 1. Из штоковой полости через клапан 15 она сливается в бак машины. При этом происходит первая фаза процесса прессования.

Пройдя заливочное окно камеры, пресс-поршень дает команду на переключение золотника 13. Он открывает клапан 12, и жидкость из аккумулятора 11 подается в поршневую полость цилиндра 1 (вторая фаза прессования). В этот момент давление в напорном трубопроводе, действующее на напорный золотник 9, не превышает усилия его пружины, и он закрыт. Закрыт также и клапан 4, что исключает преждевременное движение поршня мультипликатора.

Заполнение формы металлом вызывает остановку пресс-поршня 2, и в гидросистеме механизма резко возрастает давление жидкости в результате гидравлического удара. Это давление открывает золотник 9 и клапан 4, что вызывает движение поршня

МПа

Рис. 3.6. Осциллограмма давления в поршневой полости машины для литья под давлением фирмы .Нафтене (Италия)

Рис. 3.9. Схема механизма прессования с оригинальным напорным золотником

10. Жидкость из штоковой полости мультипликатора вытесняется в аккумулятор 5, поднимая поршень 6. В этот же момент времени закрывается обратный клапан 16 и поршень 10 создает повышенное давление в поршневой полости цилиндра 1.

После затвердевания отливки дается команда на отключение золотника 8, закрытие напорного золотника 9 и клапана 4. Благодаря этому исключается дальнейшее перемещение поршия мультипликатора. Жидкость из аккумулятора 5 сливается через обратный клапан 7 и золотник 8, поршень 6 опускается на дно аккумулятора.

Осциллографирование параметров механизма прессования машины мод. 71111 при различных скоростях позволило построить зависимость времени подпрессовки <е_под от скорости прессования р_пр (рис. 3.8). Кривая указывает на резкое увеличение ч/_под при НИЗКИХ Рпр- Эт° увеличение объясняется тем, что жидкость из аккумулятора И (см. рис. 3.7) подается как в поршневую полость цилиндра прессования 1, так и в поршневую полость мультипликатора 3 через один и тот же клапан 12. Этим клапаном настраивается скорость прессования, поэтому, уменьшая скорость прессования, уменьшают и скорость перемещения поршня 10, что приводит к увеличению времени подпрессовки.

В данной схеме механизма давление на напорный золотник 9 подается из трубопровода, но если его подать из поршневой по-лоети цилиндра преееования, то можно исключить указанный недостаток. Это было выполнено при разработке схемы механизма прессования машины мод. 71113 (рис. 3.9). Механизм этой машины состоит из цилиндра прессования 1, преее-пор-шня 2, мультипликатора 11, поршня 12, аккумулятора 13, гидрораспределителя 16, золотника 9, регулируемого обратного клапана 18, клапана 17, золотника 15, клапана второй фазы 14, оригинального Рис. 3.10. Зависимость времени напорного золотника 4, поршенька

ПОДПресСОВКИ ОТ скорости Прее- п    .

сования при регулировании    по-    аккумулятора мультипликатора

следней клапаном второй фазы    6, поршня 5, обратного    клапана 8,

(1) и обратным клапаном    (2)    пружины 7 и ручного    регулятора

10. После двух фаз    прессования

пресс-поршень внезапно останавливается, и в гидросистеме резко возрастает давление жидкости. Это давление воздействует на поршенек 3 и вызывает срабатывание напорного золотника 4. В остальном схемы, показанные на рис. 3.7 и 3.9, работают одинаково.

На рис. 3.10 приведены зависимости т_под от ц_пр, полученные после обработки осциллограммы. Кривая 1 получена при регулировании скорости прессования клапаном 14, а кривая 2 — обратным клапаном 18 (см. рис. 3.9). Во втором случае т_под практически не зависит от ц_пр.

В механизмах большинства зарубежных машин используются нерегулируемые обратные клапаны, встроенные в поршень мультипликатора. Поэтому в этих механизмах, как правило, время под-прессовки зависит от скорости прессования. Кроме того, вынесенный из поршня мультипликатора обратный клапан улучшает ремонтопригодность механизма прессования и уменьшает габариты поршня.

Механизмы с одним аккумулятором имеют более простое конструктивное исполнение, но зависят от технологических параметров литья. Низкие значения скорости приводят к увеличению времени подпрессовки, что снижает технологические возможности механизма. Механизмы с двумя аккумуляторами более сложны по своей конструкции, но в них время подпрессовки не зависит от скорости прессования.

Фирма Weingarten (ФРГ) в течение ряда лет совершенствовала конструкцию механизмов прессования своих машин, в результате чего была создана новая серия. Механизмы прессования этой серии оснащены двумя аккумуляторами 5 и 4 для независимого приведения в движение пресс-поршня 1 и-поршня 8 мультипликатора (рис. 3.11). Для снижения инерционности массы подвижных

элементов механизма и жидкости в трубопроводе сведены к минимуму, для чего аккумуляторы расположены непосредственно на цилиндре прессования. Для обеспечения подпрессовки механизм снабжен обратным клапаном 9, размещенным в поршне 8 мультипликатора. Для регулирования скорости прессования и времени подпрессовки служат клапаны 7 и 3 с регуляторами 6 и 2.

Механизм имеет трехфазную систему: две фазы по скорости и подпрессовку. Вторая фаза осуществляется после открытия клапана 7. Жидкость из аккумулятора 5 через этот клапан и обратный клапан 9 подается в поршневую полость цилиндра прессования, сообщая пресс-поршню 1 высокую скорость. После заполнения формы металлом и остановки пресс-поршня в гидросистеме механизма возникает гидроудар, который сначала открывает напорный золотник, а затем клапан 3. Рабочая жидкость из аккумулятора мультипликатора 4 подается в полость А и перемещает поршень 8. В этот же момент времени закрывается обратный клапан 9 и поршень мультипликатора поднимает давление в цилиндре прессования. Регулирование давления проводится изменением давления газа в аккумуляторе мультипликатора 4.

ПО «Сиблитмаш» изготовлена крупная машина мод. 71115 с усилием запирания форм 20 000 кН. На рис. 3.12 приведена схема механизма прессования этой машины. Механизм состоит из цилиндра 1 и мультипликатора 4, внутри которых перемещаются пресс-поршень 2 и поршень 5. Для приведения поршней в движение

		Г~\
	4 5
	1 /	V

служат аккумулятор прессования 9, расположенный рядом со стойкой механизма, и аккумулятор мультипликатора 6, размещенный непосредственно на цилиндре мультипликатора. Рабочее давление жидкости в этих аккумуляторах одинаково и равно 16 МПа. Регулирование давления мультипликации проводится изменением давления газа в баллоне 3. Для настройки скорости прессования и времени подпрессовки служат регуляторы клапанов 10 и 7.

Перед началом работы механизма переключается гидрораспределитель 15 и рабочая жидкость из насосно-аккумуляторной станции через обратные клапаны 14 и 13 попадает в поршневую полость цилиндра прессования 1. Одновременно с началом процесса прессования переключается золотник 12, отсекающий слив жидкости из поршневой полости мультипликатора 4. Пресс-поршень 2, пройдя заливочное окно камеры, дает команду на переключение золотника 11, который открывает клапан 10. В конце движения пресс-поршня срабатывает золотник 8 и открывается клапан 7. Жидкость из аккумулятора мультипликатора подается в поршневую полость цилиндра 4 и приводит в движение поршень 5. В этот же период времени закрывается обратные клапаны 14 и 13, поршень 5 обеспечивает подпрессовку. Через клапан 16 жидкость сливается в бак машины. На рис. 3.13 приведены осциллограммы параметров работы этого механизма. Их айализ показывает, что при изменении скорости прессования от 1,4 до 5 м/с время подпрессовки остается постоянным и равно 0,028 с.

В механизмах прессования с мультипликатором инерционность поршня приводит к увеличению времени подпрессовки и повышенным пикам давления при переходном процессе, поэтому были разработаны и изготовлены механизмы прессования без мульти-

a)    6)

Рис. 3.13. Осциллограммы параметров работы прессующего механизма при скорости прессования 1,4 (а) и 5 м/с (б)

пликатора. В них для выполнения подпрессовки используются аккумуляторы высокого давления. Примером такого механизма может служить механизм прессования фирмы Fries (ФРГ), который изображен на рис. 3.14. На первой фазе жидкость из аккумулятора 5 через клапан 7 по каналу 8 подается в поршневую полость цилиндра прессования 1, сообщая пресс-поршню 11 медленное перемещение. Скорость пресс-поршня на этой фазе регулируется клапаном 7. Эта фаза продолжается до тех пор, пока задний торец пресс-поршня 11 не откроет канал 10. После этого

3 Зека» 66    65

Рис. 3.15. Схема механизма прессо-    Рнс. 3.16. Осциллограмма давления

вания с аккумулятором высокого    при работе механизма с аннумулято-

давления    ром    высокого давления

начинается вторая фаза ирессования, которая продолжается до заполнения камеры металлом. По команде от конечного выключателя открывается клапан 6 и пресс-поршень приобретает ускоренное перемещение, так как при открытии новой магистрали на пресс-поршень действует более мощный поток рабочей жидкости. Для регулирования скорости прессования на третьей фазе служит регулятор клапана 6.

Конечный выключатель, который настраивается в зависимости от пути пресс-поршня 11, включает четвертую фазу — подпрес-совку. В это время открывается клапан 2 и жидкость из аккумулятора высокого давления 3 поступает в поршневую полость цилиндра прессования. Закрываются обратные клапаны 9 и 4, и жидкость под высоким давлением из аккумулятора 3 передается в поршневую Полость цилиндра 1, осуществляя процесс подпрес-еовки. Давление мультипликации регулируется изменением давления в аккумуляторе 3, и для настройки времени подпрессовки служит регулятор клапана 2.

Механизму присущи все те недостатки, которыми обладают механизмы с включением подпрессовочного устройства по пути движения пресс-поршня.

На ПО «Сиблитмаш» также был спроектирован и изготовлен механизм прессования с аккумулятором высокого давления. Принципиальная гидравлическая схема механизма представлена на рис. 3.15. Поршневая полость соединена трубопроводом с аккумулятором 4 через регулируемый обратный клапан 3, а через обратный клапан 8 — с насосно-аккумуляторной установкой. Обратный клапан 3 открываетея поршнем цилиндра 5, поршневая полость которого соединена е напорным золотником 7 н гидрораеиределителем 6. Жидкость по напорному трубопроводу через обратный клапан 8 подается в поршневую полость цилиндра 1, сообщая скорость пресс-поршню 2. В это время давление жидкости в гидросистеме механизма, действующее на напорный золотник 7, не превышает усилия его пружины и он закрыт.

После заполнения формы металлом прекращается движение пресс-поршня, под давлением жидкости ооткрывается напорный золотник 7 и клапан 3. В этот же момент закрывается обратный клапан 8 и жидкость из аккумулятора высокого давления 4 поступает в поршневую полость цилиндра 1, выполняя подпрес-совку.

На рис. 3.16 приведена осциллограмма давления при работе механизма с аккумулятором высокого давления. Осциллограмма была получена при испытаниях машины мод. 711А10 и с программным управлением. Кривая давления показывает, что при скорости прессования 4 м/с время подпрессовки составляет 0,013 с.

3.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПРЕССУЮЩЕГО И ЗАПИРАЮЩЕГО МЕХАНИЗМОВ

Определение параметров прессующего механизма. В практике литья под давлением можно часто встретиться с изготовлением деталей на машинах недостаточной мощности, особенно при использовании многогнездных пресс-форм или при литье крупногабаритных изделий, поэтому при выборе машины, в первую очередь, нужно основываться на расчете необходимых усилий прессования и подпрессовки.

Для определения технологически необходимого усилия Р_пр. _т прессования примем, что оно должно превышать сопротивление твердой корки металла на стенках камеры прессования. Для корки толщиной 6_К и площадью /_к поперечного сечения, равной лД_прб_н (здесь Д_пр — диаметр камеры прессования),

Рпр. т — (л/т])/к0т,    (3.1)

где п — коэффициент запаса, п — 1,2--1,5; г< — коэффициент полезного действия прессующего механизма; для машин с горизонтальной камерой прессования г) = 0,8, с вертикальной камерой т] = 0,7, с горячей камерой г) = 0,5-4-0,6; о_т — предел прочности на сжатие заливаемого сплава при температуре, близкой к температуре солидуса.

Значение /к зависит от тепловых условий в камере прессования и продолжительности т_пр нахождения в ней заливаемого металла;

/к — ^смЯОдр (/_Кр ^_Пр) ~пр/(-^смРм^ )>    (3-2)

где Х_см — коэффициент теплопроводности смазочного материала; /_кр— температура кристаллизации металла; /_пр — температура камеры прессования; х_ом — толщина слоя смазочного материала в камере преееования; р_м — плотность заливаемого металла; г — удельная теплота кристаллизации сплава.

Усилие прессования, подсчитанное по формуле (3.1), может оказаться недостаточным для преодоления гидравлических сопротивлений в трубопроводах прессующего механизма машины, в литниковой системе и форме. Поэтому после предварительного выбора машины по величине Р_пр. _т необходимо сделать проверочный расчет, определяя машинное усилие Р_пр. _м прессования, достаточное для преодоления сопротивлений гидравлической системы и формы;

Рпр. м = (kv_np. ср/2)² {(А,М))*/[р_ж^ц (1 + S So + S бел)! +

+ Рм^пр 2 (hFlplFb + 2 (hFl_P/F²i) + 2rn_np/s_cp ,(3.3)

. i=i    i=i    .    1

где k — коэффициент сложности конфигурации отливки, для простых отливов k = 1,05-Г-1,2, для отливок средней сложности k — 1,5; у_Пр. ср — средняя скорость прессования; £>„ — диаметр поршня цилиндра прессования машины литься под давлением; d₀ — диаметр подводящего трубопровода; р_ж — плотность рабочей жидкости; Р_ц — площадь поршня цилиндра прессования; 2 £₀ — сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений на пути рабочей жидкости от аккумулятора до цилиндра прессования; Ебс. — сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений в сливном трубопроводе; F_np — площадь поперечного сечения камеры прессования; £_г — коэффициент гидравлических сопротивлений на i-м участке системы литниковые каналы — пресс-форма; F_t — площадь поперечного сечения г-го участка системы литниковые каналы — пресс-форма; т_пр — масса подвижных частей прессующего механизма; S_cp — средний путь прессующего поршня на второй и третьей стадиях движения; пит — число участков соответственно литниковой системы и пресс-формы.

Средняя скорость прессования

4 V отл/(^^ПрТзвп)»

где У_отл — объем отливки с промывками; чг_зап — продолжительность заполнения пресс-формы.

Значение чг_8ап определяется в зависимости от режима заполнения пресс-формы (сплошным, дисперсным или дисперсно-турбулентным потоком).

Следует учитывать, что значения Р_пр. _т и Р_пр. _м подсчитываются для периода перемещения металла в камере прессования, литниковой системе и форме. Технологически необходимое усилие Р_под подпрессовки определяют ПО давлению Рпод подпрес-совки, требуемой для обеспечения заданной степени сжатия газовых включений в отливке;

Рпоя — Ш1РподЛ£)_пр/4, где m₁ — коэффициент потерь давления в камере прессования и литниковой системе, для машин с горизонтальной камерой т = = 0,85—0,95, е вертикальной т = 0,84-0,85, с горячей т — = 0,74-0,8.

Значение р_под в формуле (3.5) может быть определено на основании управления, выведенного А. К. Белопуховым для расчета изменения объемов газа в отливке при подпрессовке, в котором при больших значениях р_под можно пренебречь первым слагаемым:

Рпод = [2/(1/£м + 1/£м)1 (АУпод/Птл - А/ЮО) + _niG_PMRt_r, (3.6)

где Е'_и и Ей — модуль упругости соответственно жидкого металла и твердого металла при температуре затвердевания; АУ_под— изменение объема газов в отливке при подпрессовке; У_отл — объем отливки с промывниками; К — коэффициент объемной усадки при изменении температуры сплава от температуры ликвидуса ^ликв До температуры солидуса t_COJJ; п_г — отношение объема газов к объему металла; G — вес жидкого металла; R — газовая постоянная; t_F — температура газов в форме.

В машинах с мультипликатором давления р_под может в несколько раз превышать усилие прессования. В машинах с одинарным цилиндром прессования эти усилия могут быть равными, так как они создаются давлением рабочей жидкости на единственную площадь поршня в пресс-цилиндре. Один из способов повышения давления Рпо_д> развиваемого одинарным цилиндром прессования, — уменьшение сопротивления в гидравлической сети слива, вплоть до соединения ее с атмосферой.

Расчет усилия запирания формы. Усилие запирания формы должно быть максимальным в момент окончания заполнения, оно должно обеспечивать плотное смыкание полуформ в период под-прессовки. В целях сокращения времени достижения максимального усилия запирающий механизм следует снабжать автономным аккумулятором. В машинах, предназначенных для получения крупногабаритных отливок, усилие запирания выравнивается по всем колоннам с помощью гидравлических цилиндров. В противном случае возможно нарушение размерной точности отливок вследствие перекоса пресс-формы при подпрессовке.

Для расчета технологически необходимого усилия Р_зап запирания рассмотрим систему соударяемых тел, которая состоит из рабочей жидкости, пресс-поршня, залитого металла и подвижной половины формы. Поскольку подвижная полуформа в момент удара стремится отойти от неподвижной, для системы сил, действующих'по оси х запирающего механизма, согласно принципу ДаЛамбера, справедливо уравнение

А_зап — Р_ф — А/V. _у -f 2. »г_зап (д²х/дх²) = 0,    (3.7)

где Рф — усилие, передаваемое иа подвижную половину формы через залитый металл, фактически Р_пр — р_ПОд 2 (здесь ЕА_ф — сумма площадей проекций отливки, элементов литниковой системы, иромывников и преее-оетатка на плоскость разъема формы); А Pp. у — повышение усилия при гидравлическом ударе, АРр.у = Ар_р. у 2Р_Ф; £]^тзап — сумма масс подвижных частей запирающего механизма.

Интегрируя уравнение (3.7) с заменой Д_Ср = Рпод Е^ф ^и АР„. у = Ар„.у £]Рф. получим уравнение перемещения подвижных частей запирающего механизма:

* = [Т’вап — 1]рф (Рпод — Ар_г. у)] т²/(2 2 m_aan) -f CiT + с,. (3.8)

Определим постоянные интегрирования С_х и С₂ из условия, что при = 0 х — х_в (здесь х_в — допустимая ширина зазора между подвижной и неподвижной полуформами, предусматриваемая для улучшения вентиляции формы), а При Т — Т_г,у (здесь Т_г. у — время достижения максимальной амплитуды гидравлического удара) х = 0:

~ (Рвем ЕРф (Рпод Т~ Ар_г, у)] /_г. у/(2 2 Ш_8ап) ,X_B/t_r, у", 1

с,-*,.    -    /    ⁽³-⁹⁾

Подставляя С, и C_ä в уравнение (3.8), получим следующую зависимость для перемещения подвижных частей запирающего механизма:

X ~ [^аап Е Рф (Рпод &Рг. у)1 Т²/(2 2 Л1_8ап) -j-~Ь Н^зап    Е РФ (Рпод ~Ь Ар_г. у)] Т_г. у/2 2 Л1_8ап -)- Х_8ап/т_г. у( Т •-)- Л₈.

(3.10)

Значение Тр. у равно полупериоду колебаний гидравлического ударе. Если за начало отсчета принять плоскость разъема подвижной полуформы, то усилие должно достигать максимума при х — 0 и <в = 2т_г. у, т. е. продолжительности периода колебаний гидравлического удара. Решая уравнение перемещения с учетом этих значений, получим формулу для Р_8ап при заданном допустимом Хд по плоскости разъема:

Рваа ⁼ 2 Рф (Рпод ~Ь Ар_г.у) 2 ^зап^з/(ЗТг. у).    (3.11)

Для конкретного парка машин требуется решение обратной задачи, т. е. расчет x_s по Р_8ап и заданным значениям 2 Рф и р_под:

X» ~ Зт_г. у [2 Рф (рпод “I” Ар_г. у) Рзап]/(2 ^зап)- (3.12)

Значения т_г. у и Ар_г._т, входящие в уравнения, определяют по осциллограмме. Анализ этих уравнений показывает, что увеличение допустимой ширины зазора значительно снижает требуемое усилие запирания.

При литье под давлением с низкими скоростями преееования и использованием двойного поршня, например, при акурад-про-цессе на етенках камеры преееования и формы образуется корка металла, препятствующая передаче гидравлического удара. Значение Ар_р. _у в уравнениях (3.11) и (3.12) становится равным нулю, а значение требуемого усилия запирания уменьшается. Использование акурад-процесса или подпрессовки двойным поршнем позволяет изготовлять крупногабаритные отливки при сравнительно небольших усилиях запирания. Например, если к моменту достижения максимального давления в пресс-цилиндре затвердевает 80% объема отливки, то усилие запирания снижается на 20—30%.

Запирающее усилие при отсутствии гидравлического удара и влияния инерционных сил Б. Ф. Ноговицин называет статическим усилием Р_ЯВл. с запирания. Для рычажного механизма (рис. 3.17, а)

Рзап. с - (КРтах 2 ^фЛ, пр/^пр) (1 + e/ä),    (3.13)

где К — коэффициент, учитывающий трение в камере прессования и потери давления при передаче его из камеры прессования в полость формы, К = 0,8-ь0,9; р_шах = (14-1,2) р_м (рис. 3.17, б); е — абсолютная величина несовпадения оси симметрии механизма запирания и линии действия усилия Рф раскрытия формы; а — расстояние от оси симметрии механизма запирания до осей рычагов.

Из формулы (3.13) следует, что Р_8ап. о снижается при уменьшении е, поэтому отливку желательно располагать в форме таким образом, чтобы направление усилия Рф совпадало с осью запирающего механизма..

Динамическое усилие Р_зап. _д запирания зависит от давления р_г. _у в момент остановки пресс-поршня и модуля упругости заливаемого металла. При больших скоростях прессования Р_зап. _д может превышать значение Р_аап. _с. подсчитываемое по формуле (3.13). На рис. 3.18 приведены осциллограммы, полученные на машине мод. 71111 ПО «Сиблитмаш» для отливки из сплава типа А181 12. Отход полуформы (зазор) контролировался специальным датчиком, изготовленным на базе серийного датчика ДД-10. Осциллограмма на рис. 3.18, а соответствует отходу полуформы на

Р Пр ■■

70    90    100    110    110    130И_пр,мм

I_____I_I I_I_I_I_I I I I ' ' '    ||

9,5    11,6    19,0    16,8    19,6 т_отл,кг

Рис. 3.19. Номограмма для определения Р_пр машины мод. ОЫООО фирмы .!г!га (Италия)

Сплав	Уклон стержня	1тр	Рст» МПа
Цинковый	20'	0,25	15,0
Алюминиевый	40'	0,25	17,5
Магниевый	20'	0,15	9,5
Медный	Iа	0,35	30,0

0,3 мм при и_пр = 3,2 м/с и давлении прессования 15 МПа. Из осцилло1уаммы на рис. 3.18, б видно, что при меньшей скорости прессования (и_пр = 2,1 м/с) отход подвижной полуформы составляет 0,5 мм под действием высокого давления (19,8 МПа), Создающего в форме усилие, превышающее усилие запирания машины, равное 8000 кН.

Для определения допустимой площади для каждой машины рекомендуется строить номограммы, в которых значение 2Рф связано с Р_пр и П_пр, а последний зависит от массы т_отп отливки (рис. 3.19). При выборе вместимости камеры прессования следует стремиться к уменьшению значения П_пр, так как при этом уменьшается объем пресс-остатка и повышается давление на металл. В то же время значение П_пр не должно быть меньше минимально допустимого 1>пр^П, определяемого из условия раскрытия формы:

<^п = (2Г\Гп) УКРи^Рф!?™*    (3-14)

где К — динамический коэффициент, зависящий от скорости прессования в момент окончания заполнения формы:    ,

а_пр, м/с............... 0,5    0,75    1    1,5    2    2,5

К.................. 1    1,2    1,6    1,95    2,35    2,75

Расчет усилий выталкивания и извлечения стержней. При охлаждении и усадке сплава образуется плотный контакт отливки со стержнями. Стержни, расположенные в направлении, не совпадающем с направлением выталкивания отливки, извлекаются до выталкивания. Для этого рассчитывают усилие Р_ст, требуемое для удаления стержня или нескольких стержней. По значению Р_ет определяют параметры приводов выталкивающих и стержневых механизмов мдшины.

Если не учитывать температурный перепад между отливкой и стержнем, то Р_ст можно рассчитать по формуле

Рст ⁼ /трРст-^ст»    (3.15)

где /_тр — коэффициент трения между отливкой и стержнем (табл. 3.1); р_ст — давление отливки на стержне; Р_ст — площадь поверхности соприкосновения отливки со стержнем (площадь обжатия).

8.8. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛИТНИКОВО-ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Литниковая система представляет собой еоюкуиность каналов, но которым жидкий металл поступает из камеры прессования в оформляющую полость пресс-формы. Литниковая система в пресс-формах, предназначенных для установки на машинах с вертикальной камерой прессования, состоит из следующих элементов: пресс-остатка 1; литникового хода или конического литника 2, соединяющего камеру прессования с плоскостью разъема пресс-формы; подводящего канала 3 (или коллектора), по которому металл подводится к оформляющей полости, а в многогнездных пресс-формах ко всем оформляющим полостям; питателя 4 (или впускного канала), являющегося основным элементом литниковой системы, определяющим направление и скорость впускного потока (рис. 3.20, а). Литниковая система пресс-форм для машин с горизонтальной холодной камерой прессования не имеет литникового хода; пресс-остаток 1 переходит сразу в подводящий канал 3 (рнс. 3.20, б). Сокращение пути движения металла в литниковой системе важное преимущество машин с горизонтальной камерой прессования.

Пресс-остаток одновременно является элементом литниковой системы пресс-формы и камеры прессования. Его диаметр определяется диаметром камеры прессования. В то же время масса пресс-остатка сильно влияет на условия заполнения и затвердевания отливки. Высота пресс-остатка должна быть оптимальной в целях экономии металла, но она должна быть не меньше диаметра входного отверстия литникового хода для машин с вертикальной камерой и не меньше размера входного отверстия в подводящий канал для пресс-формы на машинах с горизонтальной камерой прессования.

Рис. 3.20. Элементы литниково-веитиляционной системы пресс-форм для машян с холодной камерой прессования

Вентиляционная система пресс-формы представляет собой совокупность каналов и резервуаров, через которые воздух и газы, образующиеся при сгорании смазочных материалов, вытесняются из оформляющей полости поступающим металлом. Вентиляционная система состоит из промывников и вентиляционных каналов. Промывникн 6 (см. рис. 3.20) служат для приема порций металла, загрязненных воздушными и газовыми включениями. Толщину соединительных каналов 5 выбирают равной толщине питателя или больше для обеспечения одновременного затвердевания металла в сечениях питателя и соединительных каналов. Основным элементом вентиляционной системы являются каналы 7 (или воздухо-отводы), которые выполняют в виде широких щелей глубиной 0,05—0,30 мм в плоскости разъема. Вентиляционные каналы могут примыкать непосредственно к полости пресс-формы или, как это показано на рис. 3.20, к промывнику 6, сообщающемуся с полостью соединительным каналом 5.

Литниковая система. В зависимости от расположения литникового хода или камеры прессования относительно отливки выделяют три типа литниковых систем: прямые, внутренние, внешние, (боковые).

В прямой литниковой системе отсутствует подводящий канал; металл из литникового хода поступает в полость формы. В машинах с вертикальной камерой прессования площадь Дшт соответствует площади поперечного сечения литникового хода (рис. 3.21, а), а в машинах с горизонтальной камерой — площади пресс-остатка (рис. 3.21, б).При наличии в отливке центрального отверстия литниковый ход переходит в кольцевой питатель, расположенный вокруг рассекателя (рис. 3.21, в).

Внутреннюю литниковую систему применяют ДЛЯ ОТЛИВОК, имеющих центральное или какое-либо другое отверстие, размеры которого позволяют разместить внутри полости пресс-формы подводящие каналы и питатели (рис. 3.22), как для машин с вертикальной (рис. 3.22, а), так и горизонтальной (рис. 3.22, б) камерой прессования. Внутренняя литниковая система дает возможность уменьшить размеры формы. При установке специального

75